配电电网现代化平台

背景

随着间歇式可再生能源发电在大宗电力和分布式能源(DERs)在配电层面的份额越来越大，电力行业正在发生重大变化。这些变化带来了运营和可靠性方面的挑战，因为太阳能光伏发电和风力发电的变化性质，同时计划淘汰传统的基本负荷发电，并经历由于DERs导致的需求变化。与此同时，数据通信、互联设备、楼宇自动化和消费者情绪的进步是导致电力行业发生根本性变化的许多其他驱动因素之一。

保持电力供应的可靠性和可负担性一直是电力系统运行的长期目标。面对风能和太阳能发电的可变性、间歇性和持续增长的速度，以及零售和客户层面越来越多地采用分布式电源，需要额外的灵活资源和实时能量平衡来维持电网的可靠性和稳定性。管理得当的需求方资源可以提供这种灵活性，利用这些资源可以提高系统可靠性、弹性和电力供应的稳定性，并使其价格合理。

FERC具有里程碑意义的2222号命令要求所有ISO/RTO允许DER聚合(dera)参与其技术上有能力参与的所有ISO/RTO产品市场，并指定DER聚合器为一种市场参与者。这是一项影响深远的命令，因为它跨越了配电和零售电力的管辖范围。2222号命令正式规定了分布式存储系统在大宗和零售电力系统以及市场运营的各个方面的整合和参与。该命令要求rto接受小至100kW的DER聚合，对构成聚合的单个资产没有大小限制。

这一具有里程碑意义的FERC命令在一定程度上反映了通过将dera与系统运营和能源市场整合可以获得的能力和经济效益。DERAs(又名虚拟发电厂)是配电网上的资源，可以有效地充当发电机和/或负载。

为所有电网边缘资源提供可视性和态势感知，并对这些资源进行调度或控制以提供各种电网服务，已成为配电网运行的要求，并可为大容量系统运行和能源市场提供高价值。

图1:智能连接的需求侧资产提供了减轻可再生能源发电间歇性影响所需的灵活性

配电网新出现的运行要求

传统上，配电网运营的重点是管理配电线路以及保护、控制和调节设备，以可靠地将电力从供电变电站输送到最终用户。软件工具和系统已被用于监测配电网设施的状态，以便在所需的电压下可靠地输送电力，并在停电的情况下，安全及时地恢复系统。由于经济和技术方面的考虑，电力公司的配电SCADA (D-SCADA)和配电管理系统(DMS)的覆盖范围仅限于主要的(高压和中压)配电设备，并假设控制下的设施和设备归电力公司所有。配电中断管理系统(OMS)也广泛用于支持中断后的系统恢复。

在许多情况下，公用事业面临着技术和组织竖井，以及由此导致的数据划分。例如，客户服务组可能在其客户信息系统(CIS)中维护客户数据，网格操作组中的操作员和系统可能无法访问这些数据。

随着非公用事业公司拥有的分布式配电系统的不断扩大，配电业务和配电公司的角色也发生了重大的功能扩展和变化。这在一定程度上是由于分布式电源对配电网的影响，以及它们为电网和批发市场运营提供支持的能力。配电运营商需要了解分布式电源及其所在的电网部分，能够预测分布式电源提供各种电网服务的能力，能够实时调度和控制它们，运营商必须能够评估它们对电网的影响。

此外，客户和第三方拥有的资源通常根据给定的关税或合同进行操作，并且根据关税或合同条款提供的服务需要获得补偿。因此，配电设施需要将DER操作的商业方面与电网相关信息、操作需求和约束结合起来的能力。分布式能源管理系统(DERMS)提供了这样的功能。

图2:DERMS为现代化电网整合了商业运营和电网运营

ADMS保证了配电网的实时可靠性

图3:与ADMS相比，DERMS的主要功能

先进的配电管理系统(adms)

高级配电管理系统(ADMS)是一个集成了D-SCADA、DMS和配电的模块化系统。OMS可以作为一个完全集成的解决方案提供，也可以按需提供。

ADMS利用SCADA的实时数据采集功能以及DMS和OMS应用程序来支持实时配电网运行。这里的关键目标是提高系统可靠性指标，包括系统和客户平均中断时间指数(SAIDI/CAIDI)和系统平均中断频率指数(SAIFI)。

一个快速用例将有助于说明ADMS系统的目的和效率。如果电线杆被汽车撞倒，FLISR(故障定位、隔离和服务恢复)等DMS应用程序将在实时D-SCADA信息和现场故障检测器的帮助下识别和隔离故障位置。OMS将定位最近的卡车并将其派遣到该地点。然后，ADMS为现场人员创建切换命令以执行恢复。OMS (Advanced Meter Infrastructure)功能通过AMI (Advanced Meter Infrastructure)的最后一搏信息来检测客户的业务中断。

DERMS管理从注册到提供电网服务和结算的DER和DER Aggregation生命周期，并提供从物联网设备到市场和跨公用事业企业系统的集成。

图4:DERMS汇集了来自不同来源的运营和商业数据，并为关键系统和流程提供信息

分布式能源管理系统(derms)

适当设计和实施的DERMS既可以解决电网可靠性运营问题，也可以解决与分布式电网相关的商业问题，例如与客户和其他第三方分布式电网资产所有者的相关交易。DERMS直接或通过聚合器和第三方端提供对DER的监视和控制，并管理DER计量和遥测数据。它与其他企业和遗留系统(包括DMS/ADMS)进行接口和交换数据和控制，打破了分布公用事业组织之间的数据孤岛，作为与der及其操作相关的所有数据的记录系统。DERMS提供了对配电网拓扑连接、潮流和电压进行建模的能力，并将配电网运营商的可见性扩展到ADMS不可见的电网部分。它还提供了预测、调度和分析DER对电网影响的功能，并监控DER操作以及与客户、聚合商、电网运营商、ISO和其他利益相关者的交易。DERMS解决了电网可靠性运营和与管理客户、资产和合同问题相关的商业方面的问题。

一些在需求管理方面有经验的供应商视DERMS为目光短浅，仅仅将其作为需求响应管理系统(DRMS)的扩展。这种观点缺乏电力系统专业知识来建模和评估控制需求侧资产(DR和DER)可能对配电网和大容量电力系统的运行产生的影响和效益。这些可能包括提供频率响应以减轻系统惯性减少的影响，管理反向潮流，以及解决配电网运行约束，例如电压限制，相位不平衡及其对配电网损失的影响，或由分布式电源运行间歇性引起的波动等。完整功能的DERMS涵盖了这些功能。

简而言之，DERMS有助于将分布式电网从电网可靠性挑战转变为具有成本效益的电网服务，从而提高电网的可靠性、稳定性和弹性，同时提高供应经济性。

设计良好的DERMS允许公用事业公司最大限度地减少可再生能源的弃电，而不是利用der提供电网服务，包括容量，各种形式的储备，频率响应和电压支持，等等。更一般地说，DERMS通过考虑技术、操作和经济因素，同时满足当地客户、关税、合同和购电协议(PPA)要求，帮助优化分布式电源的使用，使它们在多个系统中得到最佳利用。一个设计良好的DERMS，如OATI的webSmartEnergy®DERMS解决方案，除其他外，提供:

• 多功能性:处理广泛的DER资产和具有同构或异构DER类型的DER聚合
• 增强的可见性:利用字段接口和数据源
• 可扩展性和适应性:支持代表客户、der及其操作的大量数据。提供可伸缩性以支持不断增长的组织需求。
• 性能:提供监控、调度、控制和管理大量der所需的性能
• 领域与企业集成:支持与DERs、第三方前端和企业系统(AMI、OMS、DMS、MDMS、CIS、EMS、GIS和其他系统)集成的行业互操作性标准
• 网络安全:严格遵守行业和联邦网络安全标准。

根据我们的现场经验，如果由DERMS进行适当管理，通过提供不同的产品和服务，DER资产可以产生每千瓦DER容量50至500美元的年收入流。这还不包括对电网和消费者的额外“弹性”好处。为了评估和货币化弹性的价值，通常使用主观指标，这可能远远超过上面引用的可量化的好处。